DOC《《锅炉常用煤种基本燃料特性试验研究》文献综述》

《锅炉常用煤种基本燃料特性试验研究》文献综述

1 我国目前的能源现状 我国是一个油气资源短缺而煤炭资源相对丰富的国家,一次能源结构中75%以上是煤.

预计到21世纪中叶,甚至到21世纪末,我国以煤为主的能源结构将不会改变.对照我国的经济状况,我国的经济自改革开放以来取得了高速增长,能源的生产和消费也相应增加,目前己成为世界第二大能源生产和消耗国,其中煤炭消费量已连续十年居世界第一位.而我国目前的煤炭转化过程普遍存在效率低、污染严重等问题,要实现全面、协调、可持续发展,必须大幅度提高煤炭转化的效率、并大幅度降低污染物排放,煤的高效、清洁利用,是我国经济和社会可持续发展的战略选择,是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础.在相当长的时期内,我国以煤为主的能源结构将难以改变,为了满足未来经济、社会和环境协调发展对能源的需求,煤炭的洁净利用必须以科学的发展观,依靠科技进步,走出一条兼顾效率、环保和经济的新型工业化道路[1]. 根据第15届世界能源会议提供的资料,世界煤炭经济可采储量为10391.83亿吨.1994年世界煤炭资源在一次能源中所占比例为27.1%,预计到2012年这个百分比将达到30.9%;

1991年亚洲煤炭在一次能源中占48.3%,预计到2010年煤的比例将达到51.5%;

1990年我国煤炭占一次能源的76.2%,估计到2050年煤在一次能源中的比例仍有50%左右.可见,在今后30年内中国以煤炭为主的能源结构不会发生显著变化.1996年,我国的发电装机容量为2.2亿千瓦,其中火力发电占75%,到2020年仍将占67.7%左右.因此,近几十年煤炭仍将在我国电力事业中占据主导作用. 虽然我国的煤炭生产量很高,但人口众多,人均拥有量和人均消费量并不高.以1989年为例,煤炭的人均储量原苏联是我国的4.6倍,美国是7.9倍.1992年我国的能源生产总量位居世界第三位,但人均能源消费水平仅及世界平均值的1/3.并且我国的煤炭利用率很低,以我国1995年煤炭产量12.2亿吨计算,按我国的能源利用水平,有效利用的煤炭只有3.66亿吨,如在日本可利用9.15亿吨,也就是说我们浪费了5.49亿吨,浪费了将近当年产量的一半[2-4].而且,由于我国煤炭供选率较低,运输能力不足以及国家有关对锅炉等燃烧设备尽量燃用劣质煤的政策等原因,造成用煤企业不可能燃用单一煤种,而不得不燃用两种或两种以上[6]的混煤.近年来,火力发电厂的装机容量越来越大,单机容量以由70年代的100―20OMW为主发展到现在的300―600MW为主力机组[5].

2 煤的基本燃料研究的意义 由于煤耗量增大,而运输能力又不足,我们必须选择合适的煤种、合适的燃烧条件进行燃烧,在满足负荷要求的前提下尽量节约.目前我国大部分燃煤锅炉都在主动或被动地燃用混煤,存在实际燃烧与设计煤种不符合的严峻现状.现有资料显示:按我国锅炉台数或锅炉容量统计,其中燃煤煤质不符合设计要求的约占70%.调查表明,凡是燃用煤种与设计煤种相符的电厂,锅炉运行较正常,生产稳定,无需改造设备,技术经济指标也较好;

而煤种不符则会引起各种问题.实际煤质与设计上的差异,给锅炉安全性、经济性带来的影响大致可分为以下几个方面:锅炉出力下降,机组不能满发;

锅炉效率降低,发电煤耗增加;

煤种多变,煤质劣化,使电厂助燃油量增加;

炉膛结渣,受热面超温;

燃料费用和发电成本增加[5].基于以上的各种问题,必须深入了解各种常用煤种在不同的燃烧条件下的燃烧特性,以便解决能源、环境、安全等各种问题. 洁净煤技术是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一,也是高技术国际竞争的重要领域之一.我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作.随着国家宏观发展战略的转变,中国政府把洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一.我国于1994年成立了煤炭工业洁净煤工程技术研究中心,1995年成立了国家洁净煤技术推广应用领导小组,1997年国务院批准了《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展纲要》.在中国国民经济第十个五年计划和煤炭工业"十五"规划中,都强调要加大洁净煤技术研究开发力度,扩大洁净煤领域的对外开放,推进洁净煤技术的产业化. 中国发展洁净煤技术的目标:一是减少环境污染,如SO

2、NOX、煤矸石、粉尘、煤泥水等;

二是提高煤炭利用效率,减少煤炭消费;

三是通过加大转化,改善终端能源结构.目前,中国已成了世界上最大的洁净煤市场[7]. 中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理),包括十四项技术.

1、煤炭加工领域(包括选煤、型煤、配煤、水煤浆技术)

2、煤炭的高效洁净燃烧技术领域(先进的燃烧器、流化床燃烧技术、整煤气化联合循环发电技术)

3、煤炭转化领域(包括煤炭气化、煤炭液化、燃料电池)

4、污染排放控制与废弃物处理领域(包括烟气净化、煤层气的开发利用、 煤矸石、粉煤灰和煤泥的综合利用、工业锅炉和窑炉等技术)[7] 发展洁净煤技术是中国解决煤烟型大气污染为主要特征的环境问题的一项战略措施,是实现经济、社会持续发展和经济、能源、环境协调发展的重要技术方向.洁净煤技术的核心技术领域是煤炭高效洁净燃烧.其中,燃煤固硫技术是一项适合我国国情的减排SO2的技术. 故,了解各种常用煤的燃烧基本数据和规律、最佳工艺参数等对锅炉的有利燃烧、控制大气污染等方面具有重要的意义.

3 本课题的主要研究内容及意义 主要研究内容:以锅炉常用煤种(无烟煤、烟煤)为原料,对其进行工业分析(测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量分数)、元素分析(碳、氢、氧、氮、硫)、发热量(发热量是组织锅炉热平衡、计算燃烧物料平衡等各种参数和设备选择的重要依据)、灰熔点(灰熔点是用四个特征温度表示的,他们分别是变形温度、软化温度、半球温度和流动温度,其值通常用试验方法―角锥法测得)的基本特性试验,再用热重-差示(TG-DSC)同步热分析仪对常用煤种进行热重实验,通过对热重曲线的分析,研究不同因素(煤种和升温速率)对煤燃烧的影响,分析煤的燃烧特性,并且利用数学推导,计算煤燃烧反应的动力学参数.通过横向比较、纵向比较分析各种煤在各种燃烧条件中的燃烧特性,从而得知其最佳燃烧条件、适用条件等. 意义:研究不同煤种的基本燃料特性,并探究不同因素对煤燃烧热重曲线的影响,掌握煤燃烧的基本数据和规律.探索研究常用煤种燃烧的最佳工艺参数,通过对常用煤种燃烧特性的研究判断燃烧机理及影响因素,为优化反应条件及反应器设计提供理论依据.煤的燃烧与热解是煤焦化、气化、液化和燃烧的必经阶段,同时是硫、氮污染物形成的重要阶段,所以研究煤燃烧特性对煤的清洁燃烧和脱硫脱氮技术有着重要意义.

4 本课题的技术路线 通过对两种煤的工业分析、元素分析、发热量、灰熔点的基本特性试验,了解各种煤的基本特性,大致掌握其燃烧特点.再用热重-差示(TG-DSC)同步热分析仪对常用煤种进行热重实验.热重分析法(TGA)是在程序温度控制下测量物质质量和温度关系的一种技术,得到各种煤的重量变化曲线和重量变化率曲线.通过对热重曲线的分析,研究不同因素(煤种和升温速率)对煤燃烧的影响,分析煤的燃烧特性,并且利用数学推导,计算煤燃烧反应的动力学参数.

5 本课题的创新点 目前我国主要的研究方向是洁净煤技术,主要的研究方法有:煤炭加工技术、燃烧技术、煤炭转化技术、烟气净化等.许多研究者试图阐明煤的结构,但由于煤种的多样性,煤本身的不均匀性及单个煤组分的复杂性,这个工作非常困难[8-9].但是并未具体的从煤本身的特性来研究,也没从几种主要煤种的比较来着手.本课题主要的创新点是共同研究两种煤(无烟煤、烟煤)的基本参数与燃烧特性,通过对比研究,得知各种煤的适用条件以及燃烧特性.通过实验精确地分析出各种煤的燃烧特性,为锅炉的设计、尾气的处理、环境保护提供有力的理论依据. 参考文献 [1] 许世森, 张世亮, 任永强. 大规模煤气化技术[M]. 北京: 化学工业出版社 [2] 郝吉明,王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[J].化学工业出版 社,1999 [3] 韩才元,徐明厚,周怀春,邱建荣.煤粉燃烧[M].科学出版社,2001 [4] 许传凯.大型电站锅炉用煤及燃烧技术[M].中国电力.1996,(12)二18-22 [5] 王晓雷.混煤热解燃烧特性的试验研究[D].华北电力大学,2003 [6] 姚强,岑可法,施正伦,曹欣玉等.多煤种配煤特性的试验研究.动力工程. 1997,17(2):16-20 [7] 张莲莲.国内外洁净煤技术发展现状及趋势[J]. [8] P.H.Given,A.Marzee et al.The ConeePt of a Mobile or Phase within the Maeromoleeular Network of Coals.Fuel.1986,65(2):155-163 [9] F. Derbishire,A.Marzee et al.Moleeular Struetture of Coals.Fuel.1989, 68(9):1091-1106 [10] 虞继舜. 煤化学[M]. 北京: 冶金工业出版社 [11] 谢克昌. 煤的结构与反应性[M]. 北京: 科学出版社,

2002 [12] 聂其红.褐煤混煤燃烧特性的结合试验研究.哈尔滨工业大学硕十学位论文. 1999